姜艷麗

（中國華西工程設(shè)計建設(shè)有限公司深圳分公司，廣東 深圳 518029）

軌道交通高架形式造價低，是城市交通、尤其是市域線的一個重要組成部分。與公路橋梁相比，軌道交通高架橋梁在設(shè)計荷載、設(shè)計標準、設(shè)計參數(shù)和計算方法等方面都有較大差別；即使與干線鐵路相比，也有許多不同之處。很長一段時間內(nèi)，我國沒有專門的高架橋梁設(shè)計規(guī)范，已建成的軌道交通高架橋梁主要參考《鐵路橋涵設(shè)計規(guī)范》中的有關(guān)規(guī)定。2003年8月，建設(shè)部頒布修訂后的《地鐵設(shè)計規(guī)范》(GB 50157-2003)中，專門對高架結(jié)構(gòu)制定了規(guī)范條文，這是一個很大的進步。軌道交通橋梁首次有了自己的設(shè)計標準。

1 軌道交通高架橋梁設(shè)計荷載的特點

1.1 列車荷載

軌道交通高架橋列車荷載的特點是：設(shè)計荷載按實際采用的車輛可能產(chǎn)生的最大軸重來考慮。也就是說，采用不同的車型、軸距與軸數(shù)，其設(shè)計荷載是不同的。干線鐵路橋的設(shè)計荷載要比軌道交通高加橋的設(shè)計荷載大得多。干線鐵路考慮的是客貨混跑，采用的是中一活載，這是個概化荷載。它既模擬了已消失的蒸汽機車拖帶貨車的系列荷載，又考慮荷載的遠期發(fā)展因素，因此，活載要比目前實際運營的荷載大得多。相比之下，公路制定的汽車荷載雖然也含有概化因素，但它比較接近實際運營的荷載。公路荷載由于車輛的多樣性，其軸重和軸距以及行進中前后車輛的車距都具有較大的隨機性。軌道交通高架橋荷載具有輪軌交通共有的特征，即軸重、軸距相對有規(guī)律地排列及其對橋梁相對有規(guī)律地作用。對于中小跨度橋梁來說，軸重、軸距有規(guī)律排列的荷載是引起橋梁產(chǎn)生較大豎向振動的一個重要因素。

1.2 軌道與橋梁相互作用的荷載

軌道與橋梁的相互作用荷載是軌道交通橋梁的一個特有荷載。軌道的變形對橋梁所產(chǎn)生的附加荷載有伸縮力、撓曲力、斷軌力等。伸縮力是由于溫度變化引起鋼軌的位移受到橋梁的部分約束而產(chǎn)生的縱向力；撓曲力是在豎向荷載作用下，鋼軌與橋梁撓曲時，兩者之間有錯動趨勢而產(chǎn)生的縱向力；斷軌力是長鋼軌折斷引起橋梁與鋼軌的相對位移產(chǎn)生的縱向力。上述鋼軌與橋梁之間的相互作用力均為縱向力。鋼軌對橋梁的作用均通過梁的軸向力傳到橋梁的墩臺上，因此，橋梁墩臺設(shè)計時必須考慮這種縱向力的作用。軌道對橋梁的作用力主要由長鋼軌的結(jié)構(gòu)而引起，以前采用多接頭的短軌軌道結(jié)構(gòu)時這種力的作用就相當小。關(guān)于縱向軌道力的計算，目前的研究還沒有形成簡易計算公式，《地鐵設(shè)計規(guī)范》中建議進行專題計算。

2 城市軌道高架橋選型設(shè)計

2.1 城市軌道高架橋梁部結(jié)構(gòu)形式

理論上可采用和國外已采用的梁部結(jié)構(gòu)形式有槽形梁、下承式脊梁、T梁、板梁和箱梁等。

2.1.1 槽形梁。槽形梁橋建筑高度低,便于城市道路間立體交叉。它壓低線路標高,節(jié)約總投資。它的兩側(cè)主梁可起到防噪屏作用，景觀程度較好。它需布置多向預(yù)應(yīng)力鋼筋，施工復(fù)雜，制作時間長，梁片單價較高,且設(shè)計和施工經(jīng)驗少。30m跨度的簡支雙線梁，一般每平方米橋梁面積需要主要材料為：混凝土0.87m3，預(yù)應(yīng)力鋼筋 51kg，鋼筋 25kg。

2.1.2 下承式脊梁。下承式脊梁的橋梁建筑高度以挑臂板的厚度計，因而其建筑高度低。挑臂板的厚度不受跨度改變的影響，易于線路的線形布置，建筑高度低便于壓低線路標高,節(jié)約總投資。脊梁、邊梁可防噪,脊梁頂可用做檢修通道,其造型獨特，具現(xiàn)代感。下承式脊梁可采用預(yù)制桿件現(xiàn)場拼裝，但在我國尚無實踐。30m跨度的簡支雙線梁，一般每平方米橋梁面積需要主要材料為：混凝土0.52m3，預(yù)應(yīng)力鋼筋 23kg，鋼筋 61kg。

2.1.3 T梁。T梁建筑高度為目前高架橋梁部結(jié)構(gòu)型式中最高的一種，但不便于城市道路立體交叉。它適宜預(yù)制吊裝法施工。用T梁架設(shè)的城市軌道高架橋每線2片T梁，T梁受力清晰,設(shè)計、施工經(jīng)驗相當成熟。T梁橋梁底部呈網(wǎng)格狀，美觀性最差，特別是2片T梁間鉸接，整體受力性差。

2.1.4 板梁。板梁橋梁建筑高度較低，便于壓低線路標高，但梁高較低，相應(yīng)剛度較小，梁部后期收縮徐變較大，不利于軌道交通線路軌道調(diào)高要求。每線采用2片或4片空心板梁，受力清晰，設(shè)計、施工經(jīng)驗相當成熟，可采用預(yù)制、吊裝施工，但各片板梁間鉸接,整體受力性差。經(jīng)濟跨度一般在16～20m，跨度小，景觀性差。

2.1.5 箱梁。箱梁橋梁建筑高度適中，由于其抗扭性能好，適用于斜橋和曲線梁橋。它既可作為標準區(qū)段，也可用于變寬、出岔區(qū)段。箱梁橋外觀線形流暢、美觀，設(shè)計、施工經(jīng)驗成熟，通常采用現(xiàn)澆法施工。對長達20～30km的城市軌道橋梁，現(xiàn)澆法施工存在對周圍環(huán)境干擾多、施工成本高和工期長等缺點?？缍葹?0m的簡支雙線梁，一般每平方米橋梁面積需要主要材料為:混凝土0.51m3；預(yù)應(yīng)力鋼上述幾種梁型的特點和其適用性等技術(shù)指標比筋19.5kg；鋼筋95kg。

2.2 抗震設(shè)計

目前，我國還沒有軌道交通高架橋的抗震設(shè)計規(guī)范，而通常橋梁抗震設(shè)計中普遍采用的《鐵路工程抗震設(shè)計規(guī)范》及《公路工程抗震設(shè)計規(guī)范》，又沒有或無法考慮橋上無縫線路軌道對橋梁結(jié)構(gòu)的作用。對此，同濟大學(xué)的馬坤全等進行了研究。在設(shè)計中采取了如下原則或措施來進行抗震設(shè)計。高架橋上軌道結(jié)構(gòu)對橋梁的縱向約束作用，顯著減少了橋梁的縱向地震響應(yīng)及對橋梁的抗震延性要求；板式橡膠支座可以明顯減少橋梁的地震響應(yīng)，改善橋梁的抗震延性性能；墩柱縱向鋼筋的配筋率Θ1≥0.95%，能確保該高架橋滿足“小震不壞，中震可修，大震不倒”的強度和變形控制原則。

3 軌道交通高架橋梁的剛度和變形限值要求

3.1 剛度問題

橋梁剛度限值是軌道交通高架橋梁設(shè)計中的一個重要參數(shù)。剛度大小與車橋的動力特性密切相關(guān)。為保證車輛過橋時的乘坐舒適性及不引起橋梁過大的動力放大系數(shù)，軌道交通高架橋梁的剛度最小限值要求均比道路橋梁嚴格。《地鐵設(shè)計規(guī)范》規(guī)定了軌道交通鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土高架橋梁的豎向剛度限值。

3.2 混凝土梁的徐變上拱度問題

軌道交通高架橋梁橋面經(jīng)常采用的是承軌臺構(gòu)造形式的明橋面，其梁部的上拱度變形直接影響著鋼軌的變形，從而影響列車的走行性。盡管軌道扣件對軌面標高具有一定的調(diào)節(jié)能力，但必須對梁部上拱度有一定的限制?！兜罔F設(shè)計規(guī)范》規(guī)定預(yù)應(yīng)力混凝土在線路鋪設(shè)后，徐變上拱度不宜大于15mm。該限值應(yīng)針對相應(yīng)跨度范圍而言。徐變變形沿梁跨方向是一個連續(xù)曲線，對小跨度梁而言，變形限值應(yīng)適當小些；對較大跨度梁來說，變形限值要適當放寬。這是條文尚須明確的地方。

3.3 基礎(chǔ)沉降問題

采用明橋面時，軌道交通橋梁對基礎(chǔ)沉降是非常敏感的?；A(chǔ)沉降直接影響鋼軌的變形。《地鐵設(shè)計規(guī)范》對橋墩、橋臺沉降提出了明確的限值要求：對于靜定結(jié)構(gòu)，墩臺均勻沉降量不超過50mm，相鄰墩臺不均勻沉降不超過20mm。與徐變變形一樣，沉降的計算也不易算準，設(shè)計時還必須結(jié)合經(jīng)驗進行判斷。上海修建的高架道路、軌道交通高架線路沉降實測表明：只要持力層選擇適當，相鄰墩臺樁基持力層選擇在同一地質(zhì)層面上，其差異沉降不會超過規(guī)范規(guī)定的限值。

4 對城市軌道交通高架橋選型的建議

城市軌道交通高架橋宜選用箱梁配以輕型墩臺型式，可采用現(xiàn)澆法施工?；A(chǔ)應(yīng)根據(jù)橋址地質(zhì)情況確定。今后需抓緊大噸位運輸、吊裝設(shè)備的研制和開發(fā)，并提出相應(yīng)的施工工藝，以降低造價。并建議對槽型梁和下承式脊梁的研究投入力量。

[1]GB50157-2003，地鐵設(shè)計規(guī)范[S].

[2][日]松浦章夫.高速鐵路線上橋梁動力性能研究[J].國外橋梁，198l(2)：45～62.